駱 楊

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

傳感器在工業(yè)生產(chǎn)、電子設(shè)計(jì)、汽車領(lǐng)域等有著不可替代的角色。常用的傳感器有高分子傳感器、紅外吸收型傳感器、離子傳感器、光電傳感器等[1]。傳感器的原理是由敏感元件、轉(zhuǎn)換原件、轉(zhuǎn)換電路以及接收元件組成[2]，也就是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)再經(jīng)過濾波、放大等處理環(huán)節(jié)使輸出信號(hào)變得直觀。

在汽車的燃油量的顯示中，傳感器也承擔(dān)著較為重要的角色。油量傳感器將燃油量的多少轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再與報(bào)警電路連接即當(dāng)油量不足時(shí)會(huì)有相應(yīng)的顯示。文章研究在雙油箱汽車中如何設(shè)計(jì)將油量大小通過電壓信號(hào)顯示的傳感器。該傳感器會(huì)顯示兩個(gè)油箱分別的油量以及總油量。

雙油箱油量傳感器先對(duì)于單油箱增加一個(gè)液位傳感器及加法器電路模塊，電路控制算法相對(duì)于單油箱較復(fù)雜。文章基于一款重型商用車雙油箱傳感器的開發(fā)匹配過程中，對(duì)傳感器的控制電路進(jìn)行研究開發(fā)。

1 直接測(cè)量油量的傳感機(jī)構(gòu)分析

在此方案中要使燃油量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，先將其轉(zhuǎn)換成位移信號(hào)。可以用電阻式位移傳感器直接測(cè)量油量多少，電阻上的滑片與電阻接觸的位置會(huì)根據(jù)燃油液面高度的變化而變化，且滑片位移與燃油液面高度變化呈線性關(guān)系，如圖1所示。RW1與RW2可以為總電阻值不同的電阻式位移傳感器，電阻上的滑片位置會(huì)因油量的減少而向下滑動(dòng)。當(dāng)油量為最大時(shí)，滑片處于最高位置，隨著油量減小，滑片下滑量會(huì)與燃油變化量呈正比關(guān)系，當(dāng)油量為零時(shí)，滑片滑動(dòng)到最低位置。圖2為油箱傳感器插入油箱內(nèi)部的草圖。

圖1

圖2

2 將油量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的設(shè)計(jì)分析

2.1 如圖3所示，將兩個(gè)油箱的油量對(duì)應(yīng)的可變電阻（RW1

與RW2）的滑片位置信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)（U1與U2）

圖3

根據(jù)圖2中的電路布置，我們默認(rèn)主油箱容積是副油箱的三倍。主油箱對(duì)應(yīng)的可變電阻為RW1（最大值3KΩ），副油箱為RW2（最大值1KΩ）。RW1與RW2滑片向下位移與對(duì)應(yīng)的油箱燃油減少量呈正比。從圖2電路中可以看出主油箱在燃油裝滿時(shí)RW1上滑片位置處于最高且對(duì)應(yīng)的電壓U1為7.5V（由XMM1測(cè)出），同理，副油箱燃油裝滿時(shí)RW2上滑片位置處于最高且對(duì)應(yīng)電壓U2為2.5V（由XMM2測(cè)出）。總觀圖2可以得出：不管是哪一個(gè)油箱，滑片位置對(duì)應(yīng)的電壓減小量與燃油減少量的比值都是唯一的。假設(shè)主油箱油量為Q1，副油箱油量為Q2，則U1＝K·Q1，U2＝K·Q2；K為一個(gè)常數(shù)項(xiàng)系數(shù)，其意義表示同一時(shí)刻某個(gè)油箱的油量與當(dāng)時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓表測(cè)出的電壓值的比值。

2.2 將U1與U2通過“LM358組成的加法器電路”輸出U3＝U1＋U2從而得出兩個(gè)燃油箱的油量之和如圖4

將U1和U2通過由LM358組成的正向集成運(yùn)算放大器將U1和U2放大為原來的兩倍，再通過電阻分壓得到放大之后得到兩個(gè)放大后電壓的中間電壓值U3（由XMM3測(cè)量）。從而形成加法器電路，結(jié)果為U3=U2+U1。即U3電壓值表示兩個(gè)燃油箱的總油量。

圖4

2.3 油量下限報(bào)警裝置設(shè)計(jì)

當(dāng)油量低于某個(gè)量時(shí)，車內(nèi)會(huì)出現(xiàn)報(bào)警現(xiàn)象。在此裝置中對(duì)兩個(gè)油箱可以分別設(shè)置為當(dāng)油量不足20%時(shí)出現(xiàn)報(bào)警。照這樣計(jì)算，對(duì)于圖一中 U1＜1.5V出現(xiàn)主油箱油量不足報(bào)警、U2＜0.5V出現(xiàn)副油箱油量不足報(bào)警。用LM358作為單限比較器則電路應(yīng)該如圖5。

圖5

LS1與LS2為無源蜂鳴器，LED1與LED2為發(fā)光二極管其作用為油量不足指示燈。當(dāng)主油箱油量低于下限（20%），LED1亮且LS1響一次；當(dāng)副油箱油量低于下限（20%），LED2亮且LS2響一次。

2.4 總體電路布置如圖6

圖6

圖6所示的總體電路布置圖分別可以顯示主油箱和副油箱的油量以及主副油箱的總油量，可以分別使兩個(gè)油量小于總油量的20%的時(shí)候提示油量不足。將油量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)從而使駕乘人員更直觀的看出油量的多少以及變化情況。

3 結(jié)論

文章從燃油量信號(hào)分析、位移傳感器的特性以及其他信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的應(yīng)用，研究了如何通過信號(hào)之間相互轉(zhuǎn)換以及電路布置更直觀的反映出汽車燃油量的多少以及變化情況。該電路布置也巧妙地運(yùn)用了線性系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)使電路設(shè)計(jì)變得更加簡(jiǎn)潔，且為確保提醒駕乘人員注意油量不足，應(yīng)該使用發(fā)光二極管作為油量不足指示燈和無源蜂鳴器作為汽車儀表臺(tái)聲音報(bào)警裝置。